有限异构资源条件下的工业控制拟态调度算法.docx

在有限异构资源条件下，工业控制领域的安全问题日益凸显，传统的信息安全手段难以有效应对网络空间的不确定威胁。针对这一挑战，拟态防御理论应运而生，由邬江兴院士提出，旨在通过动态、异构和冗余（DHR）架构，结合多模裁决机制，构建一个能在“有毒带菌”环境中自适应防御的网络系统。 拟态防御的核心是动态地利用不同形态的执行体，这些执行体在系统中交替工作和清洗，以混淆攻击者的判断。Ma等人利用马尔可夫模型分析了DHR架构的特性，证明了冗余度和执行体异构度对系统防御性能的影响。然而，现有的调度策略往往过于依赖固定的参考因素，缺乏对运行环境的自适应更新，这可能导致执行体选择的随机性不足。 针对这个问题，陈利跃等人尝试通过K-means聚类算法改善执行体调度的随机性和针对性，但这种方法在计算复杂度上不适用于工业控制环境。另一方面，魏帅等人研究发现，对于工业控制系统，尤其是在资源有限的情况下，三余度的拟态处理机在成本效益上优于四余度方案。 本文提出了一个基于置信度和胜任系数的三余度工业控制系统拟态调度方法。该方法能根据系统当前状态和历史表现，自适应地选择执行体上线，确保在低强度攻击时保持随机性，而在高强度攻击时优先选择更可靠的执行体以提高系统可用性。同时，为应对N-1模和N模攻击，策略引入了专用结构如执行体上线保护寄存器和周期清洗定时器，有效减少了清洗操作次数以防止攻击逃逸。 在有限的异构执行体资源（如仅为6个）的情况下，通过建立基于攻击强度的仿真模型，该策略被证明仍能保持高可用概率（99.24%）对抗高强度攻击，为拟态系统设计提供了一种经济高效的解决方案。 在资源受限的工业控制环境中，安全调度模型的设计至关重要。本文提出的模型不仅考虑了执行体的性能和可信度，还充分考虑了系统状态和环境变化，实现了动态的安全决策。这种创新的调度策略有望推动拟态防御技术在工业控制领域的广泛应用，提高系统的安全性和韧性。